同樣隔離在家,牛頓發現三大運動定律、萬有引力,你在幹啥?

2021-02-24 科教評論

轉載自微信公眾號「精雕細課」

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很多人以前一定無數次想像過:如果我能在家辦公學習就好了。然而真的在家了,不少人卻開始無所適從。

減少人口流動,阻斷疾病的傳播途徑,是對抗傳染病的最好辦法。從古至今,人類有很多次都是通過這樣的方法戰勝了疫病。那個時候的人們,是如何度過「宅家」生活的呢?

1665年的倫敦,一個年輕人同樣因為疫情休起了長假。同樣是「停課不停學」,在這段時間裡,他做出的研究成果,直至今天還在影響人類對世界的認知。

這個年輕人的名字想必你我都聽過——艾薩克·牛頓,那一年他23歲。

在公元14世紀,也就是人們常說的中世紀,黑死病(鼠疫)的陰影一直籠罩著歐洲。

從1348年第一次襲擊英國,鼠疫斷斷續續肆虐了三百多年,英國有近1/3的人死於鼠疫,整個歐洲的死亡人數達到了近5000萬。1665年,鼠疫再次在歐洲大爆發,倫敦成為了重災區,僅僅從6月到8月,倫敦的人口就減少了1/10。

彼時,還在劍橋大學念書的牛頓因為疫情越來越嚴峻,回到了位於伍爾索普的鄉下莊園。

停學持續了18個月,牛頓也在鄉村度過了18個月與世隔絕的生活。這段時期,他蓬勃的創造力和想像力沒有受到任何影響,反而迸發出更加耀眼的活力,成為他後來幾十年學術之路的起點。

我們今天熟悉的牛頓三大運動定律、萬有引力這些研究,均始於牛頓在老家的「自我隔離」時期。

其實早在鼠疫發生的兩年前,牛頓就已經開始對研究自然哲學感興趣,當時人們對世界、對自然和宇宙的認知,還停留在亞里斯多德和柏拉圖的階段,牛頓則更希望找到自然的真理。

牛頓閱讀大量自然哲學類的書籍,包括笛卡爾、波義爾、哥白尼、伽利略等人的著作,他希望通過這些人弄清楚宇宙終極的奧秘。

在疫情開始後,牛頓便埋頭鑽研笛卡爾,而其中最著名的笛卡爾坐標,便是如今數學課上學生們一定會接觸到的直角坐標。

在笛卡爾坐標的基礎上,牛頓進行了大量計算,還發現了新的計算方法,也就是微積分。

微積分能夠解決很多學者們想解決而無法解決的問題,很快成為了一切科學研究的基本計算工具。在大學時學過高等數學的人,一定還能回憶起被牛頓-萊布尼茨公式支配的恐懼。

藉助微積分,牛頓開始研究行星運動的實際問題。

牛頓在向心力和離心力的基礎上充分發揮了自己的想像力,設想出一個完全理想化的環境,再運用微積分進行計算,最終得出一個結論,「行星脫離太陽所需的力,與它們到太陽的距離平方成反比」,這就是我們今天知道的萬有引力定律。

▲《自然哲學的數學原理》標誌著經典力學的成熟,成為近代科學的標準尺度當然,這僅僅是牛頓關於萬有引力研究的開始,直到1687年《自然哲學的數學原理》出版,才終於驗證了這個理論。

對科學和真理的探索是痛苦而艱辛的,即便是牛頓,也把這18個月稱為自己「心志最苦」的時期。

1666年9月2日,倫敦燃起了一場大火,這場大火燒毀了很多民房和教堂,也在無意間消除了鼠疫的傳染源,肆虐了兩年多的鼠疫才慢慢消失。

牛頓得以回到劍橋繼續他的學業,此時他還不知道,他在停學的這18個月中為科學做出的貢獻,在後來的三百多年中將被世人銘記。

無論是在怎麼的極端情況下,牛頓都沒有失去探索世界真理的熱情。就像牛頓自己說的:「在那些日子裡,我正處於創造的旺盛時期,我對於數學和哲學,比以後任何年代都更為用心。」

看完牛頓,你準備如何度過剩下的「隔離時光」?

編輯:木子

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相關焦點

  • 牛頓,在什麼條件下發現了萬有引力定律
    牛頓在故鄉過著與世隔絕的瘟疫雖然奪去了成千上萬人的體命,卻給這位天才的科學家以充足的時間去思考探索和計算,他的三項主要成就微積分萬有引力和光學都是在此期間打下基礎的,這是牛頓一生中科學發明的全盛時期,媽媽看到久別重逢的兒子
  • 牛頓三大定律
    牛頓運動定律。牛頓運動定律包括牛頓第一運動定律、牛頓第二運動定律和牛頓第三運動定律三條定律,其中:第一定律說明了力的含義:力是改變物體運動狀態的原因;第二定律指出了力的作用效果:力使物體獲得加速度;第三定律揭示出力的本質:力是物體間的相互作用。牛頓運動定律中的各定律互相獨立,且內在邏輯符合自洽一致性。
  • 牛頓萬有引力定律能解釋廣義相對論三大預測嗎?
    1687年,牛頓發表了《自然哲學的數學原理》,其中萬有引力定律成功解釋了天體的運動。並且,萬有引力還幫助科學家發現了海王星的存在。但是,對於大質量和高速運動的物體,牛頓萬有引力定律不再適用,而愛因斯坦的廣義相對論卻彌補了這一缺憾。其中,最著名的當屬黑洞的存在和水星的近日點進動。
  • 牛頓為什麼會研究力和運動?萬有引力定律、牛頓定律是這樣產生的
    劍橋是牛頓天才的誕生地。當他還是一個大學生時他讀過的一些物理學著作中就有克卜勒的《光學》,巴羅的《講義》。在那個時候,他已經形成他的一些最偉大的發現的初步概念。上述關於萬有引力的想法出現在他腦中時,他正在林肯郡的家裡,他在家裡躲避那時正在劍橋流行的瘟疫。
  • 萬有引力定律和牛頓運動定律能解釋星球是如何保持平衡的嗎?
    當有人把這個問題提給牛頓的時候,牛頓知道他必須回答,因為當時他是英國皇家學會的會長,也是萬有引力定律和牛頓運動定律的發現者,實際上回答這個問題的困難之處正跟牛頓發現的萬有引力定律有關。難道萬有引力定律對宇宙中的恆星不起作用嗎?
  • 牛頓的蘋果如何落地——萬有引力定律
    牛頓對光學有著經久不衰的濃厚興趣。早在1668年,他就親自設計並動手製作了一架反射望遠鏡模型。這架望遠鏡雖然不大(長6英寸,直徑1英寸),但是卻可以放大40倍,能夠清楚地看到木星的4個衛星和金星的盈虧現象。這架反射望遠鏡的觀測效果,大大超過了同樣大小的折射望遠鏡。英國皇家學會極為讚賞,並要求他正式做一架。於是牛頓在1671年製造了一架更大的反射望遠鏡。
  • 牛頓雖然發現了萬有引力定律,但不會做出任何的說明!
    牛頓雖然發現了萬有引力定律,但是,他決不企圖對萬有引力的本質和原因作出任何說明。他公開表明:「直到現在,我還未能從現象中發現重力所以有這些屬性的原因,……對我們來說,能知道重力確實存在,並且按照我們所已說明的那些定律起著作用,就已經足夠了。」
  • 通過牛頓萬有引力更直觀了解市場!
    一個靜止的物體,你要是不去推它,它就會一直不動;而一個在真空中運動的物體,你要是不去攔住它,它就不會停下來。在物理學上,我們把物體想要保持原有運動狀態的特性叫做慣性,所以牛頓第一定律也叫慣性定律。 第二定律。
  • 牛頓的豐碑,萬有引力的故事
    )發現行星運動定律之前,他是以佔星術為生,因此可以說,佔星術對天文學是有巨大貢獻的,但反過來這句話就不成立,即不能說佔星術是科學的、正確的。同樣,陰陽五行,對數學、天文、醫學等等是有貢獻的,但不能說陰陽五行是科學的、正確的。研究佔星術的時候,克卜勒認識了一位前輩:第谷。他是一位驕傲的丹麥貴族,不屑於用粗製濫造的星表進行佔卜,希望能自己造一張更精確的星表,並且真的去這麼幹了,他積累了大量的行星運動的觀測數據,並且把這些數據視若珍寶。
  • 牛頓三大定律有兩個是伽利略發現?為何經典力學還被稱作牛頓力學
    答案居然是8牛頓提出的物理學定律具有巨大的開創性,尤其是三大定律和萬有引力定律,事實上,三大定律中的前兩條定律都是伽利略發現的,只有第三條才是牛頓發現的,那為什麼還要叫做牛頓三大定律呢?牛頓三大定律牛頓第一定律也被稱作慣性定律,物體在不受力的情況下,會保持靜止或勻速直線運動。
  • 如果牛頓沒有被蘋果砸中腦袋,他能否發現萬有引力?能,一定能
    或許是覺得這個故事非常激勵人,讓後世的科學家們遇到事情不要放棄,說不定砸中牛頓腦袋的蘋果有一天也來砸你呢? 英國皇家學會非常相信這個故事,而不明真相的吃瓜觀眾們經過幾百年的傳頌也樂此不疲的相信這個故事,這也讓牛頓休息過的這棵蘋果樹成為了一個著名的景點! 那麼真實的萬有引力是如何發現的呢?
  • 運用克卜勒行星運動三定律和牛頓運動第二定律推導萬有引力定律
    首先, 回顧一下我們之前使用萬有引力定律和牛頓運動第二定律證明[1]了二體問題中行星以恆星為焦點繞恆星沿著橢圓軌道運行, 此即克卜勒行星運動第一定律. ——第二定律, 第三定律, 也可以證明 (雖然也比較短, 但是偶最近實在沒有太多多餘的時間; 看以後啦!
  • 牛頓的三大成就,力學萬有引力,數學微積分,光學
    幾百年以來,形成近代物理宇宙學的是牛頓,牛頓的《自然哲學的數學原理》是本物理宇宙學讀本,在三大成就,包括力學,數學,光學。都是在大概1665-1666年完成的,然後在哈雷的提醒和幫助下,出書《自然哲學的數學原理》,這本書的出版在物理宇宙學是革命性的牛頓的三大成就是什麼?
  • 書本上從來沒有的:你知道牛頓是如何推導出萬有引力定律的嗎?
    當人們說艾薩克.牛頓,完全顛覆了物理學領域的時候,他們真的不是說著玩的,我們已經知道了牛頓的三大運動定律,我們可以用來描述事物如何運動,但牛頓對物理的另一個著名的貢獻,是他對引力的理解。在牛頓出生以前,科學家幾乎對重力沒有什麼概念,他們知道當你丟東西時,物體會落在地面上,而且仔細觀察他們知道行星和衛星以特定的軌道運行,他們不知道的是,這兩個概念是相互關聯的當然,就像運動一樣,我們現在對引力的了解,要遠遠比牛頓能觀察到的還要多,儘管如此,當涉及到描述引力的效果時,比如說,在我們整個太陽系的規模上,牛頓的萬有引力定律是不可思議的有用,這全都開始於一顆蘋果。
  • 躲避瘟疫的牛頓,真的是被蘋果砸出了「萬有引力定律」?
    最近,宅家成了話題,歷史上宅在家裡弄出大成果的典型案例,莫過於牛頓:【蘋果樹的故事是真的嗎?】沒有,最有可能是伏爾泰從別人那裡聽來的……伊薩克·牛頓在1666年酷熱的夏天端坐著,這位24歲的年輕人在冥思苦想;他抓了抓自己的鼻子,一隻蘋果叭地落在他的腦門上,他一下子就發現了萬有引力。這個故事幾乎寫進了所有的教科書。
  • 網友問:萬有引力定律是怎麼被發現,又是如何推導出來的?
    比較典型的,就是中學引入「虛數」的概念,無論是課本還是數學老師,差不多的都會這麼給你說:因為x^2=-1在實數上無解,所以數學家引入了虛數單位i。萬有引力定律關於題目的疑問,我上面的觀點其實已經做了回答,因為萬有引力定律本來就不是推導出來的,而是科學家總結物質運動規律,然後先猜測,再逐步得到驗證的。
  • 解讀牛頓|萬有引力定律為啥是科學的?牛頓到底偉大在哪裡?
    牛頓出生於1643年,他建立了一套在人類可感知的範圍中能夠解釋世界上許多的物理現象的萬有引力理論。萬有引力定律為啥是科學的?牛頓到底偉大在哪裡?不過對於一般人而言,如果你希望解釋蘋果為何從樹上掉下來,或者想精準計算你的炮彈能否準確擲中敵人的位置,牛頓的萬有引力理論已經足夠用了;或者對於需要學習中學程度的科學而言,牛頓物理學已經夠你頭痛了。正因為牛頓理論具有優秀的普遍解釋力和應用性,足以令他在歷史上留下崇高的地位。
  • 經典力學:克卜勒運動定律及萬有引力定律
    是否都反應一個原理克卜勒在對第谷等人的大量精密觀測數據的研究基礎上,從1609年到1619年先後提出了行星運動的三大定律。二、萬有引力定律及其應用1.萬有引力定律機遇往往只光顧有準備的頭腦同樣,根據萬有引力定律知道,在同一緯度,物體的重力和重力加速度g的數值,隨著物體離地面高度的增加而減小。若不考慮地球自轉,地球表面處有mg=GMm/R,可以得出地球表面處的重力加速度g=GM/R。在距地表高度為h的高空處,萬有引力引起的重力加速度為g′,由牛頓第二定律可得mg′=GMm/(R+h),即g′=GM/(R+h)=R/(R+h)g。如果在h=R處,則g′=g/4。
  • 牛頓的萬有引力,愛因斯坦的相對論
    牛頓在科學人類貢獻史有三部分,第一,力學的萬有引力和牛頓三大力學定律,第二,光學的光譜光粒子研究,第三,數學的微積分,牛頓在力學方面發現的萬有引力定律是在大概1665-1666年,傳言是在一棵蘋果樹下發現的,牛頓力學三大定律是總結前人的經驗和觀點,尤其是伽利略提出的少部分科學理論,光學是牛頓拿一塊稜鏡在家裡做實驗
  • 牛頓如果沒有被蘋果砸中腦袋,他能否發現萬有引力?能,一定能
    或許是覺得這個故事非常激勵人,讓後世的科學家們遇到事情不要放棄,說不定砸中牛頓腦袋的蘋果有一天也來砸你呢?英國皇家學會非常相信這個故事,而不明真相的吃瓜觀眾們經過幾百年的傳頌也樂此不疲的相信這個故事,這也讓牛頓休息過的這棵蘋果樹成為了一個著名的景點!那麼真實的萬有引力是如何發現的呢?